WO2018215237A1 - Wärmeübertragungselement, temperiervorrichtung und batteriegehäuse mit mindestens einem wärmeübertragungselement - Google Patents

Wärmeübertragungselement, temperiervorrichtung und batteriegehäuse mit mindestens einem wärmeübertragungselement Download PDF

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WO2018215237A1
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battery
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Andreas Breidenbach
Erik Hilfrich
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a particular plate-shaped heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery, in particular an e-vehicle. Furthermore, the invention relates to a tempering device for a composite of one or more battery modules vehicle battery and a battery case for receiving a composite of one or more battery modules vehicle battery for a vehicle.
  • the increasing electrification of vehicles, especially automobiles, and the simultaneous customer desire for a high range of such vehicles require the development of powerful battery concepts.
  • the battery of electrically powered vehicles, or e-vehicles for short, is the decisive component for the range of e-vehicles.
  • the battery which consists of one or more battery modules, is usually placed in a crash-proof designed battery housing and mounted under the floor of an e-vehicle.
  • the performance of a battery depends on the influences such as charging and driving cycles, time of use, environmental influences and mechanical loads.
  • the module temperature i. H. the temperature of the battery modules a crucial role.
  • the battery loses power when the ambient temperature is too high or the heat generated when charging or discharging the battery can not be dissipated from the battery modules.
  • the battery also loses power when outside temperatures drop too much in winter weather conditions. In this case, the battery modules must be heated to ensure the performance.
  • the object of the invention is to provide a heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery, in particular an e-vehicle, which can be produced economically and from a few parts.
  • a particular plate-shaped heat transfer element for a temperature control device for a vehicle battery in particular an e-vehicle, which defines at least one hollow profile-like element having a substantially rectangular cross-section which defines a passageway through a liquid interior, and at least one at an open end of the hollow profile-like Element for closing the hollow profile-like element arranged closing element, wherein in the at least one end element at least one connection for connecting a supply and / or drain line is provided comprises.
  • the heat transfer element may consist of at least one hollow profile-like element with a substantially rectangular cross-section and a closing element arranged at least on one side for closing the hollow-profile-like element open on both sides.
  • the opposite open side can be closed, for example by appropriate shaping of the material at the end of the hollow profile-like element, for example by squeezing and / or joining, in particular gluing or welding.
  • the hollow profile-like element consists of a metal, preferably of steel, stainless steel or aluminum. Sheets or strips of steel or stainless steel can be mass-produced and cost-effective to form a slot profile, the slot profile then reproducibly sealed, the leak test can be carried out easily automated, can be joined by a longitudinal seam by welding or flanging to form a closed hollow profile.
  • the end cross-section, in particular the substantially rectangular cross-section of the hollow profile-like element can already be considered in the course of the shaping to a slot profile or alternatively finally provided in a final step, for example by a defined squeezing, wherein a defined interior space (inner dimension) for passing Liquid must remain.
  • a hollow profile-like element with a substantially rectangular cross-section can be produced by means of seamless drawing or extrusion.
  • the wall thickness of the hollow-profile-like element between 0, 1 and 0.4 mm. If steel is used as the material, it can also be provided with an inorganic coating, in particular a metallic corrosion protection coating based on zinc, aluminum or tin.
  • the connecting element made of plastic, preferably made of a plastic injection molded part or an injection molded part made of fiber-reinforced plastic.
  • Plastic injection-molded parts and injection-molded parts made of fiber-reinforced plastic can be mass-produced, cost-effectively and individually manufactured and enable the integration of multiple functions in one component.
  • a channel is formed within the closure element, which fluidly connects the connection with the interior of the hollow profile-like element.
  • a first channel which is connected to the connection for connecting a supply line
  • liquid is conducted into the interior of the hollow profile-like element
  • a second channel which is connected to the connection for connecting a drain line
  • the liquid from the interior of the hollow profile-like element is derived again.
  • the connection, both for the supply and the drain line can be in the form of an opening or a hole, in which the line can be inserted.
  • inner circumferential seals, z. B. be provided in the form of O-rings and / or a lock for sealing connection of the line.
  • the opening or the hole can also be designed with an internal thread and an outer sealing surface.
  • the execution opening / Hole has the advantage that it requires a small space, so that several heat transfer elements can be used almost directly next to each other in later use.
  • the connection for connecting a line can also be designed in the form of a spout, via which the line can be pulled over it. According to this embodiment, it is possible to use lines having a larger cross-sectional area compared to the aforementioned embodiment and, associated therewith, less flow resistance.
  • the connection of the line to a spout could be secured permanently by means of a clamp or a union nut.
  • the at least one end element has at least one web projecting at right angles from the end element, which is in particular integrally formed with the end element or is connected as a separate component to the end element and projects into the hollow profile-like element for deflecting the liquid within the hollow profile-like element.
  • one or more webs may be arranged within the hollow profile-like element, which or force a deflection of the liquid and thus a substantially complete flow through the interior of the hollow profile-like element, whereby the efficiency of the plate-shaped heat transfer element can be increased.
  • the web or the webs are formed integrally with the end element, for example, in a short design of the plate-shaped heat transfer element.
  • the web or the webs can be designed as additional parts or components and in particular be connected to the end element.
  • To increase the stability of the web is not only dimensioned such that the height of the web substantially corresponds to the clear height of the inner dimension of the hollow profile-like element and thereby rests against the inner wall of the hollow profile-like element, but in addition to the inner wall cohesively, for example glued.
  • connection surface which can be inserted into the open end of the hollow profile-like element and is adapted to be connected to the hollow profile-like element in a material, positive and / or non-positive manner.
  • the connection surface is formed by the outside of a a circumferential collar provided, which serves in particular for material and positive connection with the hollow profile-like element, wherein preferably the peripheral outer edge of the collar substantially corresponds to the inner dimension of the hollow profile-like element, so that a positive connection with the inner wall of the hollow profile-like element can be produced and by preferably additional application of adhesive on the pad or surfaces in addition to a fabric bond and a tightness of the connection can be ensured.
  • connection surface does not have to extend completely along the termination element, but the collar can also be formed only in sections along the termination element.
  • the connecting surface may optionally be designed at least partially conical in order to facilitate the assembly or the insertion into the hollow profile-like element.
  • the closing element has a region adjoining the connecting surface, which is adapted to the outer dimension of the hollow profile-like element, wherein the connecting surface and the adjacent region are separated by a shoulder having a height substantially equal to the wall thickness of the hollow profile-like Corresponds to elements.
  • a plate-shaped heat transfer element is provided which has a uniform height in its longitudinal orientation.
  • the adjacent region of the closure element can also have a greater height compared to the hollow profile-like element, whereby, for example, a connection and / or channel, which are particularly preferably integrated in the adjacent region of the closure element, can be made larger, and thus the flow resistance can be reduced ,
  • a closing element for closing the hollow profile-like element is arranged at both open ends of the hollow profile-like element.
  • the comparison of closing the open side by appropriate shaping of the material at the end of the hollow profile-like element, for example by squeezing and / or joining, in particular gluing or welding, can be provided by the provision of a second closure element a process-reliable and substantially dense and maintenance-free plate-shaped heat transfer element become.
  • the first terminating element has a connection for connecting a supply line and the second terminating element has a connection for connecting a discharge line.
  • the two end elements are designed to be identical, which per design and dimension only one geometry must be made, which in turn has a cost-effective effect.
  • the channel is performed by the closing element and the inlet and / or the outlet is accessible on both sides.
  • the inlets or outlets of several heat transfer elements can be connected to one another and the heat transfer elements can be integrated into the (cooling) circuit in parallel.
  • An advantageous variant of the closure element is to allow the connection of a plurality of hollow profile-like elements.
  • a second connection surface can be arranged on the opposite side.
  • several connection surfaces can be arranged one behind the other.
  • the heat transfer element can cool and / or heat several battery modules and eliminate the expense of connecting a plurality of heat transfer elements.
  • the heat transfer element comprises a plurality of hollow profile-like elements, wherein the termination element has a plurality of connection surfaces in order to be able to connect a plurality of hollow-profile-like elements, the connection surfaces facing and / or are arranged side by side.
  • the closing element provides means for fastening.
  • These can preferably already be integrated in the course of the production of the connection element, for example in the form of through holes for receiving screws, bolts, pins, etc. and / or attachment areas, which are adapted to receive, for example, clips, in particular a mechanical, preferably detachable connection to provide with adjacent parts or components.
  • the hollow profile-like element in the longitudinal direction at its ends, in particular in the region of the connection with the end elements have a clear height which is greater than that in its central portion.
  • a significant advantage is the modularity of the plate-shaped heat transfer element according to the invention. Due to different designs and dimensions of the plate shaped heat transfer element can be cooled and / or heated with the same geometry of the end elements respectively the heat transfer elements in later use different geometries of battery modules. Thus, the dimension of the plate-shaped heat transfer member can be designed precisely for the area occupied by a battery module or a plurality of battery modules. In particular, the hollow-profile-like element or at least one of the hollow profile-like elements of the heat transfer element can cover one or more battery modules.
  • the invention relates to a temperature control device for a vehicle battery composed of one or more battery modules, which can be arranged in a battery housing, through the tempering a liquid is passable, comprising one or more heat transfer elements according to at least one of the aforementioned embodiments, through which the liquid for receiving and discharging the heat generated by the battery module (s), a pump for circulating the liquid, a condenser for controlling the temperature of the liquid under heat, a conduit for circulating the liquid containing the pump, the condenser and the heat transfer element (s) fluidly interconnected and in particular forms a closed system.
  • This system has a high cooling capacity, can be flexibly adapted to the available installation space and is maintenance-free.
  • the above list is not to be considered as conclusive, since of course also other elements, components and / or units may be part of the tempering.
  • the tempering device can cool the vehicle battery depending on the (set) operating temperature as well as heat.
  • the invention relates to a battery housing for accommodating a vehicle battery composed of one or more battery modules for a vehicle, comprising a box, which is formed by a frame and a bottom, which provides an interior area for the vehicle battery, a cover for covering the Box, and at least one heat transfer element according to at least one of the aforementioned embodiments.
  • a battery housing for accommodating a vehicle battery composed of one or more battery modules for a vehicle, comprising a box, which is formed by a frame and a bottom, which provides an interior area for the vehicle battery, a cover for covering the Box, and at least one heat transfer element according to at least one of the aforementioned embodiments.
  • the inventive particular plate-shaped heat transfer element is versatile because of its design, so that in connection with the battery housing or the heat transfer elements under the bottom of the battery case, between the bottom of the battery case and the battery modules or between the battery modules and the lid and / or can be placed over the lid.
  • FIG. 2 2): a part of the embodiment according to FIG. 1 in a perspective view a) and in b) a perspective view of the part in section along the line A-A in FIG. 2a), FIG.
  • FIG. La an embodiment of a plate-shaped heat transfer element (1) is shown in a perspective view.
  • the plate-shaped heat transfer element (1) comprises a hollow-profile-like element (2) with a substantially rectangular cross-section (FIG. 1b)) which defines an interior space (2.1) which can be passed through by a liquid, in particular cooling liquid, and in each case one at both open ends the hollow profile-like element (2) for closing the hollow profile-like element (2) arranged end element (3, 4).
  • the closing element (3) has a connection (3.1) for connecting a supply and / or discharge line, not shown here.
  • the arrows drawn in FIG. 1a) are intended to symbolize the flow direction of the liquid in use of the heat transfer element.
  • Dashed line is a web (5) indicated that forces the liquid, in particular cooling liquid within the interior (2.1) to a deflection.
  • the hollow profile-like element (2) consists of a metal, in particular of a steel coated with a corrosion protection coating or of a stainless steel or of an aluminum, and has a wall thickness (d) between 0, 1 and 0.4 mm.
  • the end elements (3, 4) consist of a plastic, preferably of a plastic injection molded part or of an injection molded part made of fiber-reinforced plastic.
  • Fig. 2a is in a perspective view of the upper end element in this case (3) is shown, which has a right angle from the end element (3) projecting web (5), which is preferably formed integrally with the end element (3) and in the hollow profile-like element (2) for deflecting the liquid within the hollow profile-like element (2) protrudes, see. Fig. La).
  • the closure element (3) has a connection surface (3.3) which can be inserted into the open end of the hollow profile-like element (2) and is adapted to be connected to the hollow profile-like element (2) in a material, positive and / or non-positive manner.
  • the connection surface (3.3) can be at least partially conical in order to facilitate assembly in the hollow profile-like element (2).
  • the connecting surface (3.3) is provided by the outer side of a circumferential collar, which serves in particular for material and positive connection with the hollow profile-like element (2), wherein preferably the peripheral outer edge of the collar substantially the inner dimension of the hollow profile-like element (2 ), so that a positive connection with the inner wall (2.2) of the hollow profile-like element (2) can be produced and by preferably additional adhesive on the connection surface (3.3) or surfaces in addition to a material connection and a tightness of the connection can be ensured.
  • the closing element (3) has a on the connection surface (3.3) adjacent region (3.2), which is adapted to the outer dimension (2.3) of the hollow profile-like element (2), wherein the connection surface (3.3) and the adjacent region (3.2) by a paragraph (3.4) are separated ,
  • the height of the shoulder (3.4) substantially corresponds to the wall thickness (d) of the hollow profile-like element (2) in order to be able to provide a plate-shaped heat transfer element (1) with a uniform overall height.
  • a channel (3.5) is formed, which fluidly connects the connection (3.1) with the interior (2.1) of the hollow profile-like element (2), Fig. 2b).
  • connection (3.1) for connecting a supply line
  • liquid in the interior (2.1) of the hollow profile-like element (2) are passed and via a second channel (3.5), with the Connection (3.1) is connected to connect a drain line, the liquid from the interior (2.1) of the hollow profile-like element (2) can be derived again.
  • the connection (3.1), both for the inlet and the drain line is formed in this example in the form of a hole into which a line can be inserted. It is not shown that a circumferential seal in the form of an O-ring is provided inside the hole. In each case, between the circumferential collar there are two elongated holes (3.6), which are fluidly connected to their integrated channel (3.5) in the terminating element (3).
  • Fig. 3a shows a further embodiment of a plate-shaped heat transfer element (1) in a perspective view.
  • the two end elements (3, 4) designed as equal parts, which is a cost-effective production to good, each with two spaced-apart webs (5) formed integrally with the end element (3, 4) are.
  • the first terminating element (3) has a connection (3.1) for connecting a supply line and the second terminating element (4) has a connection (4.1) for connecting a discharge line.
  • the drawn arrows should symbolize the flow direction of the liquid in the use of the heat transfer element (1).
  • Attachment means (3, 4) are provided on the end members (3, 4), in this example the means in the form of through holes (3.7, 4.2) are provided for receiving screws, bolts, pins, etc. to provide a mechanical, preferably releasable connection with adjacent ones To allow parts or components.
  • the webs in particular their height, are dimensioned such that they substantially correspond to the clear height of the inner dimension of the hollow profile-like element (2) and thereby to the inner wall (2.2) of the hollow profile-like element (2). abut, the webs (5) preferably additionally glued to the inner wall (2.2), Fig. 3b).
  • the hollow profile-like element (2) has preferably been converted from a steel plate coated with a zinc coating into a slot profile, which was subsequently sealed tightly along its edges by means of welding.
  • the weld seam (S) can be coated with an organic coating from the inside to be able to withstand a corrosive attack by the liquid.
  • Fig. 4 shows a further embodiment of a plate-shaped heat transfer element (1) in a perspective view.
  • the two end elements (3, 4) are designed as identical parts, wherein the first end element (3) has a connection (3.1) for connecting a supply line and the second end element (4) has a connection (4.1) for connecting a discharge line.
  • the drawn arrows should symbolize the flow direction of the liquid in the use of the heat transfer element (1).
  • Fig. 5 shows a plan view of another embodiment of a particular plate-shaped heat transfer element (1).
  • this heat transfer element (1) comprises a plurality of hollow profile-like elements (2), eight hollow profile-like elements (2) in the upper region and eight hollow profile-like elements (2) in the lower region of the plan view, compared to the upper region in its longitudinal orientation are made shorter.
  • the end element (3) has a plurality of connection surfaces (3.3) in order to be able to connect a plurality of hollow-profile-like elements (2) at least on one of their open sides, the connection surfaces (3.3) facing and are arranged side by side.
  • the opposite open sides of the hollow-profile-like elements (2) are closed by the closing elements (4), which are designed as identical parts and also have a plurality of adjoining connecting surfaces (4.3).
  • the drawn arrows should symbolize the flow direction of the liquid in the use of the heat transfer element (1).
  • the closing elements (3, 4) only some areas channels for fluidic connection of the individual hollow-profile-like elements (2) in the end elements (3, 4), in particular in the end elements (4) between I and II, between III and IV, integrated between V and VI and between VII and VIII.
  • channels between the opening (3.1) of the inlet and I, between II and III, between IV and V be integrated between VI and VII and between VIII and the opening (3.1) of the process.
  • FIG. 6 shows in a perspective partial view of a battery case (30) for receiving a z. B. from several battery modules (31) assembled vehicle battery for a vehicle, comprising a box (32) which is formed from a frame (33) and a bottom (34) which provides an interior region (35) for the vehicle battery, a lid , not shown here, for covering the box (32) and at least one heat transfer element (1).
  • the one or more heat transfer elements (1) are arranged in this example between the one or more battery modules (31) and lid.
  • heat transfer elements can also be arranged under the bottom of the battery housing, between the bottom of the battery housing and the battery modules and / or over the lid.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a temperature control device (20) for a z. B. from several battery modules (1) composite vehicle battery, not shown here, which is in a battery case, not shown here, can be arranged through the tempering (20) a liquid is istleitbar, symbolized by the arrow, comprising a plurality of heat transfer elements (1) by which the liquid for receiving and discharging the heat generated by the battery modules is Kursleitbar, a pump (21) for circulating the liquid, a cooler (22) for controlling the temperature of the heated liquid, a conduit system (23) for the circulation of the liquid, which fluidly connects the pump, the radiator and the heat transfer element or elements and in particular forms a closed system (24).
  • the inlet and outlet pipes for connection to the heat transfer elements (1) are part of the line system (23).
  • the heat transfer elements are connected in series, in Fig. 7b), they are connected in parallel.
  • the invention is not limited to the embodiments shown, but it can also heat transfer element in different dimensions.
  • the above features are all combined with each other.
  • the heat transfer elements can be used in addition to the cooling for heating the battery modules to ensure the performance of the vehicle battery.
  • the use of the battery case is particularly preferred in passenger cars, commercial vehicles, trucks, special vehicles, buses, buses, whether with hybrid or pure electric drive. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Fahrzeugbatterie sowie ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug.

Description

Wärmeübertragungselement, Temperiervorrichtung und Batteriegehäuse mit
mindestens einem Wärmeübertragungselement
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Fahrzeugbatterie sowie ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug.
Technischer Hintergrund
Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, und der gleichzeitige Kundenwunsch an eine hohe Reichweite solcher Fahrzeuge erfordern die Entwicklung leistungsfähiger Batteriekonzepte. Die Batterie von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, kurz E-Fahrzeuge, ist die entscheidende Komponente für die Reichweite der E-Fahr- zeuge. Die Batterie, welche aus einem oder mehreren Batteriemodulen besteht, wird in der Regel in einem crashsicher ausgelegten Batteriegehäuse angeordnet und unter dem Boden eines E-Fahrzeugs montiert.
Die Leistungsfähigkeit einer Batterie ist von den Einflüssen wie Lade- und Fahrzyklen, Nutzungszeit, Umwelteinflüssen und mechanischen Belastungen abhängig. Im Zusammenhang dieser Einflussgrößen spielt die Modultemperatur, d. h. die Temperatur der Batteriemodule eine entscheidende Rolle. Die Batterie verliert Leistungsfähigkeit, wenn die Umgebungstemperatur zu hoch ist oder die Wärme die beim Auf- oder Entladen der Batterie entsteht, nicht aus den Batteriemodulen abgeführt werden kann. Die Batterie verliert ebenfalls Leistungsfähigkeit, wenn die Außentemperaturen bei winterlichen Witterungsbedingungen zu sehr absinken. In diesem Fall müssen die Batteriemodule beheizt werden, um die Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.
Unterschiedliche Kühlsysteme und deren Anordnung zur Abfuhr von Wärme aus den Batteriemodulen respektive aus dem Innenraum der in einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriemodule sind aus dem Stand der Technik bekannt, s. beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 202 162 AI . Wichtige Anforderungen an die Temperiervorrichtung respektive Wärmeübertragungselemente sind, dass diese wenig Bauraum bean- sprucht, nahe an den Batteriemodulen platziert wird und dicht ist. Zur Gewährleistung von Dichtigkeit und Wirtschaftlichkeit muss die Temperiervorrichtung respektive Wärmeübertragungselemente aus wenigen Bauteilen bestehen - diesbezüglich besteht Verbesserungspotential.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs anzugeben, welches wirtschaftlich und aus wenigen Teilen hergestellt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs l.
Vorgesehen ist erfindungsgemäß ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs, welches mindestens ein hohlprofilartiges Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, welches einen von einer Flüssigkeit durchleitbaren Innenraum definiert, und mindestens ein an einem offenen Ende des hohlprofilartigen Elements zum Schließen des hohlprofilartigen Elements angeordnetes Abschlusselement, wobei in dem mindestens einen Abschlusselement mindestens ein Anschluss zum Anschließen einer Zu- und/oder Ablaufleitung vorgesehen ist, umfasst.
Die Erfinder haben festgestellt, dass durch einen relativ einfachen Aufbau ein insbesondere plattenförmiges Wärmeübertragungselement mit einer effektiven Wärmeübertragung aus wenigen Teilen wirtschaftlich hergestellt werden kann. In der einfachsten Ausgestaltung kann das Wärmeübertragungselement aus mindestens einem hohlprofilartigen Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt und einem zumindest einseitig zum zumindest einseitigen Schließen des beidseitig offenen hohlprofilartigen Elementes angeordnetes Abschlusselement bestehen. Die gegenüberliegende offene Seite kann beispielsweise durch entsprechende Formgebung des Materials am Ende des hohlprofilartigen Elements beispielsweise durch Quetschen und/oder Fügen, insbesondere Kleben oder Schweißen geschlossen werden. Dadurch werden lediglich zwei Teile zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragungselements benötigt. Um eine ausreichend hohe Wärmeleitung bereitzustellen, besteht das hohlprofilartige Element aus einem Metall, vorzugsweise aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium. Bleche oder Bänder aus Stahl oder Edelstahl lassen sich großserientauglich und kosteneffektiv zu einem Schlitzprofil formen, wobei das Schlitzprofil anschließend reproduzierbar dicht, wobei die Dichtheitsprüfung gut automatisierbar durchführbar ist, durch eine Längsnaht mittels Schweißen oder Bördeln zu einem geschlossenen Hohlprofil gefügt werden kann. Der Endquerschnitt, insbesondere der im Wesentlichen rechteckige Querschnitt des hohlprofilartigen Elements kann bereits im Zuge der Formgebung zu einem Schlitzprofil berücksichtigt werden oder alternativ erst abschließend in einem letzten Schritt, beispielsweise durch ein definiertes Quetschen bereitgestellt werden, wobei ein definierter Innenraum (Innenabmessung) zum Durchleiten von Flüssigkeit bestehen bleiben muss. Alternativ, insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Werkstoff, kann mittels nahtlosem Ziehen oder Extrudieren ein hohlprofilartiges Element mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hergestellt werden. Herstellungsbedingt weisen die Ecken des rechteckigen Querschnitts nicht unbedingt einen rechten Winkel auf, sprich r = 0,0 mm, sondern im Rahmen der Erfindung können auch Radien in den Ecken von bis zu r = 4 mm umfasst sein. Um Leichtbau betreiben zu können, liegt je nach Ausführungsform und Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements die Wandstärke des hohlprofilartigen Elements zwischen 0, 1 und 0,4 mm. Wird Stahl als Werkstoff verwendet, kann dieser auch mit einem anorganischen Überzug, insbesondere einen metallischen Korrosionsschutzüberzug auf Basis von Zink, Aluminium oder Zinn versehen sein. Um weiter Gewicht einzusparen, besteht das Anschlusselement aus Kunststoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff-Spritzgussteil oder einem Spritzgussteil aus faserverstärktem Kunststoff. Kunststoff-Spritzgussteile und Spritzgussteile aus faserverstärktem Kunststoff können großserientechnisch, kosteneffektiv und individuell hergestellt werden und ermöglichen die Integration mehrerer Funktionen in einem Bauteil.
Gemäß einer Ausgestaltung ist innerhalb des Abschlusselements ein Kanal ausgebildet, welcher den Anschluss mit dem Innenraum des hohlprofilartigen Elements fluidtechnisch verbindet. Über einen ersten Kanal, der mit dem Anschluss zum Anschließen einer Zulaufleitung verbunden ist, wird Flüssigkeit in den Innenraum des hohlprofilartiges Elements geleitet und über einen zweiten Kanal, der mit dem Anschluss zum Anschließen einer Ablaufleitung verbunden ist, die Flüssigkeit aus dem Innenraum des hohlprofilartiges Elements wieder abgeleitet wird. Der Anschluss, sowohl für die Zu- wie auch die Ablaufleitung kann in Form einer Öffnung oder eines Lochs ausgebildet sein, in welche die Leitung einsteckbar ist. Im Inneren der Öffnung respektive des Lochs können innen umlaufende Dichtungen, z. B. in Form von O-Ringen und/oder eine Arretierung zum dichtenden Anschluss der Leitung vorgesehen sein. Alternativ kann die Öffnung respektive das Loch auch mit einem Innengewinde und einer außen liegenden Dichtfläche ausgeführt sein. Die Ausführung Öffnung/ Loch hat den Vorteil, dass sie einen geringen Bauraum bedarf, so dass mehrere Wärmeübertragungselemente im späteren Einsatz nahezu direkt nebeneinander eingesetzt werden können. In einer alternativen Ausführung kann der Anschluss zum Anschließen einer Leitung auch in Form einer Tülle ausgeführt sein, über welche die Leitung drübergezogen werden kann. Gemäß dieser Ausführung können Leitungen mit einem im Vergleich zur vorgenannten Ausführung größeren Leitungsquerschnitt und damit verbunden weniger Strömungswiderstand verwendet werden. Die Anbindung der Leitung an eine Tülle könnte dauerhaft mittels einer Klemme oder einer Überwurfmutter gesichert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das mindestens eine Abschlusselement mindestens einen rechtwinklig vom Abschlusselement abstehenden Steg auf, welcher insbesondere einstückig mit dem Abschlusselement ausgebildet ist oder als gesondertes Bauteil mit dem Abschlusselement verbunden ist und in das hohlprofilartige Element zur Umlenkung der Flüssigkeit innerhalb des hohlprofilartigen Elements hineinragt. Abhängig von der Ausführung und Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements können ein oder mehrere Stege innerhalb des hohlprofilartigen Elements angeordnet sein, welcher bzw. welche eine Umlenkung der Flüssigkeit und somit auch eine im Wesentlichen vollständige Durchströmung des Innenraums des hohlprofilartigen Elements erzwingen, wodurch der Wirkungsgrad des plattenförmigen Wärmeübertragungselements erhöht werden kann. Am Steg oder an den Stegen können Strukturen, beispielsweise Ausbuchtungen vorgesehen sein, die insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im gesamten Innenraum des hohlprofilartigen Elements vergleichmäßigen können. Der Steg respektive die Stege sind beispielsweise bei einer kurzen Bauform des plattenförmigen Wärmeübertragungselements einstückig mit dem Abschlusselement ausgebildet. Alternativ, insbesondere bei einer längeren Bauform und Abmessung, kann der Steg respektive die Stege als zusätzliche Teile oder Bauteile ausgeführt sein und insbesondere mit dem Abschlusselement verbunden sein. Zur Erhöhung der Stabilität ist der Steg nicht nur derart bemessen, dass die Höhe des Stegs im Wesentlichen der lichten Höhe der Innenabmessung des hohlprofilartigen Elements entspricht und dadurch an die Innenwandung des hohlprofilartigen Elements anliegt, sondern zusätzlich mit der Innenwandung stoffschlüssig, beispielsweise verklebt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist mindestens eines der Abschlusselemente eine Anschlussfläche auf, welche in das offene Ende des hohlprofilartigen Elements einschiebbar und dazu eingerichtet ist, mit dem hohlprofilartigen Element Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden zu werden. Die Anschlussfläche wird durch die Außenseite eines in Form eines umlaufenden Kragens bereitgestellt, die insbesondere zum Stoff- und formschlüssigen Verbinden mit dem hohlprofilartigen Element dient, wobei vorzugsweise die umlaufende Außenkante des Kragens im Wesentlichen der Innenabmessung des hohlprofilartigen Elements entspricht, so dass ein Formschluss mit der Innenwandung des hohlprofilartigen Elements hergestellt werden kann und durch vorzugsweise zusätzlichen Klebstoffauftrag auf der Anschlussfläche bzw. -flächen neben einem Stoffschluss auch eine Dichtheit der Verbindung sichergestellt werden kann. Zwischen dem umlaufenden Kragen sind eine oder mehrere Öffnungen und/oder ein oder mehrere Löcher und/oder ein oder mehrere Langlöcher vorgesehen, welches bzw. welche fluidtechnisch mit dem im Abschlusselement integrierten Kanal verbunden ist bzw. sind. Je nach Ausführung und Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements muss sich die Anschlussfläche nicht vollständig entlang des Abschlusselements erstrecken, sondern der Kragen kann auch nur abschnittsweise entlang des Abschlusselements ausgebildet sein. Die Anschlussfläche kann optional zumindest teilweise konisch ausgeführt sein, um die Montage respektive das Einschieben in das hohl- profilartige Element zu erleichtern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Abschlusselement einen an die Anschlussfläche angrenzenden Bereich auf, welcher an die Außenabmessung des hohlprofilartigen Elements angepasst ist, wobei die Anschlussfläche und der angrenzende Bereich durch einen Absatz getrennt sind, der eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen der Wanddicke des hohlprofilartigen Elements entspricht. Dadurch wird ein plattenförmiges Wärmeübertragungselement bereitgestellt, welches eine in seiner Längsausrichtung einheitliche Bauhöhe aufweist. Alternativ kann der angrenzende Bereich des Abschlusselements auch eine im Vergleich zum hohlprofilartigen Element größere Bauhöhe aufweisen, wodurch beispielsweise ein Anschluss und/oder Kanal, die besonders bevorzugt in dem angrenzenden Bereich des Abschlusselements integriert sind, größer ausgeführt werden können und dadurch der Strömungswiderstand reduziert werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist an beiden offenen Enden des hohlprofilartigen Elements jeweils ein Abschlusselement zum Schließen des hohlprofilartigen Elements angeordnet. Das im Vergleich zum Schließen der offenen Seite durch entsprechende Formgebung des Materials am Ende des hohlprofilartigen Elements beispielsweise durch Quetschen und/oder Fügen, insbesondere Kleben oder Schweißen, kann durch das Vorsehen eines zweiten Abschlusselements ein prozesssicher hergestelltes und im Wesentlichen dichtes und wartungsfreies plattenförmiges Wärmeübertragungselement bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Abschlusselement einen Anschluss zum Anschließen einer Zulaufleitung und das zweite Abschlusselement einen Anschluss zum Anschließen einer Ablaufleitung auf. Vorzugsweise sind die beiden Abschlusselemente baugleich ausgeführt, wodurch pro Ausführung und Abmessung nur noch eine Geometrie hergestellt werden muss, was sich wiederrum kosteneffektiv auswirkt. Es kann vorteilhaft sein, dass der Kanal durch das Abschlusselement durchgeführt ist und der Zulauf und/oder der Ablauf beidseitig zugänglich ist. Dadurch können die Zuläufe bzw. Abläufe mehrerer Wärmeübertragungselemente miteinander verbunden werden und die Wärmeübertragungselemente parallel in den (Kühl-) Kreislauf eingebunden werden. Eine vorteilhafte Variante des Abschlusselements besteht darin, den Anschluss mehrerer hohlprofilartiger Elemente zu ermöglichen. Zum einen kann eine zweite Anschlussfläche auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet werden. Zum anderen können mehrere Anschlussflächen hintereinander angeordnet werden. Dadurch kann das Wärmeübertragungselement mehrere Batteriemodule kühlen und/oder beheizen und der Aufwand für das Verbinden mehrerer Wärmeübertragungselemente entfällt, Das Wärmeübertragungselement umfasst mehrere hohlprofilartige Elemente, wobei das Abschlusselement mehrere Anschlussflächen aufweist, um mehrere hohlprofilartige Elemente anbinden zu können, wobei die Anschlussflächen gegenüber und/oder nebeneinander angeordnet sind.
Gemäß einer Ausgestaltung stellt dass Abschlusselement Mittel zum Befestigen bereit. Diese können vorzugsweise bereits im Zuge der Herstellung des Anschlusselements integriert werden, beispielsweise in Form von Durchgangslöchern zur Aufnahme von Schrauben, Bolzen, Stiften etc. und/oder Befestigungsbereiche, die dazu eingerichtet sind, beispielsweise Clipse aufzunehmen, um insbesondere eine mechanische, vorzugsweise lösbare Verbindung mit angrenzenden Teilen oder Bauteilen bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das hohlprofilartige Element in Längsausrichtung an seinen Enden, insbesondere im Bereich der Verbindung mit den Abschlusselementen eine lichte Höhe aufweisen, die größer ist als die in seinem Mittelabschnitt. Dies hat den Vorteil, dass im späteren Einsatz zum einen die Menge der im Umlauf befindlichen Flüssigkeit reduziert und zum anderen die Strömungsgeschwindigkeit und damit verbunden der Wärmeübergang vom hohlprofilartigen Element zur Flüssigkeit verbessert werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil ist die Modularität des erfindungsgemäßen plattenförmigen Wärmeübertragungselements. Durch unterschiedliche Bauformen und Abmessungen des platten- förmigen Wärmeübertragungselements können bei gleicher Geometrie der Abschlusselemente respektive der Wärmeübertragungselemente im späteren Einsatz unterschiedliche Geometrien von Batteriemodulen gekühlt und/oder beheizt werden. So kann die Abmessung des plattenförmigen Wärmeübertragungselements genau für die Fläche, die ein Batteriemodul oder mehrerer Batteriemodule einnehmen, ausgelegt werden. Insbesondere kann das hohl- profilartige Element oder mindestens eines der hohlprofilartigen Elemente des Wärmeübertragungselements ein oder mehrere Batteriemodule überdeckt.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Temperiervorrichtung für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzte Fahrzeugbatterie, welche in einem Batteriegehäuse anordenbar ist, durch die Temperiervorrichtung eine Flüssigkeit durchleitbar ist, umfassend ein oder mehrere Wärmeübertragungselemente nach mindestens einem der vorgenannten Ausführungen, durch welche die Flüssigkeit zur Aufnahme und Abfuhr der durch das oder die Batteriemodule erzeugte Wärme durchleitbar ist, einer Pumpe zur Umwälzung der Flüssigkeit, einen Kühler zur Temperierung der mit Wärme beaufschlagten Flüssigkeit, einem Leitungssystem zur Zirkulation der Flüssigkeit, welches die Pumpe, den Kühler und das oder die Wärmeübertragungselemente fluidtechnisch miteinander verbindet und insbesondere ein geschlossenes System bildet. Dieses System weist eine hohe Kühlleistung auf, kann flexibel an den vorhandenen Bauraum angepasst werden und ist wartungsfrei. Die vorgenannte Aufzählung ist als nicht abschließend zu sehen, da selbstverständlich auch noch weitere Elemente, Bauteile und/oder Aggregate Bestandteil der Temperiervorrichtung sein können. Die Temperiervorrichtung kann die Fahrzeugbatterie je nach (Soll-) Betriebstemperatur kühlen wie auch beheizen.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Batteriegehäuse zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug, umfassend einen Kasten, welcher aus einem Rahmen und einem Boden gebildet ist, welcher einen Innenbereich für die Fahrzeugbatterie bereitstellt, einen Deckel zum Abdecken des Kastens, und mindestens ein Wärmeübertragungselement nach mindestens einem der vorgenannten Ausführungen. Die vorgenannte Aufzählung ist als nicht abschließend zu sehen, da selbstverständlich auch noch weitere Elemente, Bauteile und/oder Aggregate Bestandteil des Batteriegehäuses sein können, wie z. B. Konsolen oder andere Elemente zum Anbinden des Batteriegehäuses an den Unterboden eines Fahrzeugs, quer- und/oder längsverlaufende Versteifungsprofile etc.. Das erfindungsgemäße insbesondere plattenförmige Wärmeübertragungselement ist aufgrund seiner Ausgestaltung vielseitig einsetzbar, so dass in Verbindung mit dem Batteriegehäuse das oder die Wärmeübertragungselemente unter dem Boden des Batteriegehäuses, zwischen dem Boden des Batteriegehäuses und dem oder den Batteriemodulen, zwischen dem oder den Batteriemodulen und Deckel und/oder über dem Deckel angeordnet werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
Figur 1): ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in perspektivischer Darstellung a) und in b) einen Querschnitt durch B-B in Fig. la),
Figur 2): ein Teil des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung a) und in b) eine perspektivische Darstellung des Teils im Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 2a),
Figur 3): ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in perspektivischer Darstellung a) und in b) einen Querschnitt durch C-C in Fig. 3a),
Figur 4) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in perspektivischer Darstellung,
Figur 5) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements in Draufsicht,
Figur 6): ein Ausführungsbeispiel eines Batteriegehäuses in einer perspektivischen Teilansicht und
Figur 7): ein Ausführungsbeispiel einer Temperiervorrichtung in einer schematischen
Darstellung. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In Fig. la) ist ein Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Wärmeübertragungselements (1) in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Das plattenförmige Wärmeübertragungselement (1) umfasst ein hohlprofilartiges Element (2) mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt (Fig. lb)), welches einen von einer Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit durchleit- baren Innenraum (2.1) definiert, und jeweils ein an beiden offenen Enden des hohlprofilartigen Elements (2) zum Schließen des hohlprofilartigen Elements (2) angeordnetes Abschlusselement (3, 4). Das Abschlusselement (3) weist einen Anschluss (3.1) zum Anschließen einer hier nicht dargestellten Zu- und/oder Ablaufleitung auf. Die in Fig. la) eingezeichneten Pfeile soll die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Einsatz des Wärmeübertragungselements symbolisieren. Strichliniert ist ein Steg (5) angedeutet, der die Flüssigkeit, insbesondere Kühlflüssigkeit innerhalb des Innenraums (2.1) zu einer Umlenkung zwingt. Das hohlprofilartige Element (2) besteht aus einem Metall, insbesondere aus einem mit einem Korrosionsschutzüberzug beschichteten Stahl oder aus einem Edelstahl oder aus einem Aluminium, und weist eine Wanddicke (d) zwischen 0, 1 und 0,4 mm auf. Die Abschlusselemente (3, 4) bestehen aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem Kunststoff-Spritzgussteil oder aus einem Spritzgussteil aus faserverstärktem Kunststoff.
In Fig. 2a) ist in einer perspektivischen Darstellung das in diesem Fall obere Abschlusselement (3) gezeigt, welches einen rechtwinklig vom Abschlusselement (3) abstehenden Steg (5) aufweist, welcher vorzugsweise einstückig mit dem Abschlusselement (3) ausgebildet ist und in das hohlprofilartige Element (2) zur Umlenkung der Flüssigkeit innerhalb des hohlprofilartigen Elements (2) hineinragt, vgl. Fig. la). Das Abschlusselement (3) weist eine Anschlussfläche (3.3) auf, welche in das offene Ende des hohlprofilartigen Elements (2) einschiebbar und dazu eingerichtet ist, mit dem hohlprofilartigen Element (2) Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden zu werden. Die Anschlussfläche (3.3) kann zumindest teilweise konisch ausgeführt sein, um die Montage in das hohlprofilartige Element (2) zu erleichtern. Die Anschlussfläche (3.3) wird durch die Außenseite eines in Form eines umlaufenden Kragens bereitgestellt, die insbesondere zum Stoff- und formschlüssigen Verbinden mit dem hohlprofilartigen Element (2) dient, wobei vorzugsweise die umlaufende Außenkante des Kragens im Wesentlichen der Innenabmessung des hohlprofilartigen Elements (2) entspricht, so dass ein Formschluss mit der Innenwandung (2.2) des hohlprofilartigen Elements (2) hergestellt werden kann und durch vorzugsweise zusätzlichen Klebstoffauftrag auf der Anschlussfläche (3.3) bzw. -flächen neben einem Stoffschluss auch eine Dichtheit der Verbindung sichergestellt werden kann. Des Weiteren weist das Abschlusselement (3) einen an die Anschlussfläche (3.3) angrenzenden Bereich (3.2) auf, welcher an die Außenabmessung (2.3) des hohlprofilartigen Elements (2) angepasst ist, wobei die Anschlussfläche (3.3) und der angrenzende Bereich (3.2) durch einen Absatz (3.4) getrennt sind. Die Höhe des Absatzes (3.4) entspricht im Wesentlichen der Wanddicke (d) des hohlprofilartigen Elements (2), um ein plattenförmiges Wärmeübertragungselement (1) mit einer einheitlichen Bauhöhe bereitgestellt zu können. Innerhalb des Abschlusselements (3) ist ein Kanal (3.5) ausgebildet, welcher den Anschluss (3.1) mit dem Innenraum (2.1) des hohlprofilartigen Elements (2) fluidtechnisch verbindet, Fig. 2b). Über einen ersten Kanal (3.5), der mit dem Anschluss (3.1) zum Anschließen einer Zulaufleitung verbunden ist, kann Flüssigkeit in den Innenraum (2.1) des hohlprofilartiges Elements (2) geleitet werden und über einen zweiten Kanal (3.5), der mit dem Anschluss (3.1) zum Anschließen einer Ablaufleitung verbunden ist, kann die Flüssigkeit aus dem Innenraum (2.1) des hohlprofilartiges Elements (2) wieder abgeleitet werden. Der Anschluss (3.1), sowohl für die Zu- wie auch die Ablaufleitung ist in diesem Beispiel in Form eines Lochs ausgebildet, in welches eine Leitung einsteckbar ist. Nicht dargestellt ist, dass im Inneren des Lochs eine umlaufende Dichtung in Form eines O-Rings vorgesehen ist. Zwischen dem umlaufenden Kragen sind in diesem Beispiel jeweils zwei Langlöcher (3.6) vorgesehen, welche fluidtechnisch mit ihrem im Abschlusselement (3) zugeordneten, integrierten Kanal (3.5) verbunden sind.
Fig. 3a) zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Wärmeübertragungselements (1) in perspektivischer Darstellung. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. la) sind die beiden Abschlusselemente (3, 4) als Gleichteile ausgeführt, was einer kosteneffektiven Herstellung zu Gute kommt, wobei jeweils zwei zueinander beabstandete Stege (5) einstückig mit dem Abschlusselement (3, 4) ausgebildet sind. Das erste Abschlusselement (3) weist einen Anschluss (3.1) zum Anschließen einer Zulaufleitung und das zweite Abschlusselement (4) einen Anschluss (4.1) zum Anschließen einer Ablaufleitung auf. Die eingezeichneten Pfeile soll die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Einsatz des Wärmeübertragungselements (1) symbolisieren. An den Abschlusselementen (3, 4) sind Mittel zum Befestigen vorgesehen, in diesem Beispiel sind die Mittel in Form von Durchgangslöchern (3.7, 4.2) zur Aufnahme von Schrauben, Bolzen, Stiften etc. bereitgestellt, um eine mechanische, vorzugsweise lösbare Verbindung mit angrenzenden Teilen oder Bauteilen zu ermöglichen. Zur Erhöhung der Stabilität des Wärmeübertragungselements (1) sind die Stege, insbesondere in ihrer Höhe derart bemessen, dass sie im Wesentlichen der lichten Höhe der Innenabmessung des hohlprofilartigen Elements (2) entspricht und dadurch an die Innenwandung (2.2) des hohlprofilartigen Elements (2) anliegen, die Stege (5) vorzugsweise zusätzlich mit der Innenwandung (2.2) verklebt sind, Fig. 3b). Das hohlprofilartige Element (2) ist vorzugsweise aus einem mit einem Zinküberzug beschichteten Stahlblech zu einem Schlitzprofil umgeformt worden, welches anschließend entlang seiner Kanten mittels Schweißen dicht verschlossen wurde. Die Schweißnaht (S) kann insbesondere von innen zusätzlichen mit einem organischen Überzug beschichtet werden, um einem korrosiven Angriff durch die Flüssigkeit standhalten zu können.
Fig. 4) zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Wärmeübertragungselements (1) in perspektivischer Darstellung. Die beiden Abschlusselemente (3, 4) sind als Gleichteile ausgeführt, wobei das erste Abschlusselement (3) einen Anschluss (3.1) zum Anschließen einer Zulaufleitung und das zweite Abschlusselement (4) einen Anschluss (4.1) zum Anschließen einer Ablaufleitung aufweist. Die eingezeichneten Pfeile soll die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Einsatz des Wärmeübertragungselements (1) symbolisieren.
Fig. 5) zeigt in einer Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines insbesondere plattenförmigen Wärmeübertragungselements (1). Im Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen umfasst dieses Wärmeübertragungselement (1) mehrere hohlprofilartige Elemente (2), acht hohlprofilartige Elemente (2) im oberen Bereich und acht hohlprofilartige Elemente (2) im unteren Bereich der Draufsicht, die im Vergleich zum oberen Bereich in ihrer Längsausrichtung kürzer ausgeführt sind. Um den Anschluss mehrerer hohlprofilartiger Elemente (2) zu ermöglichen, weist das Abschlusselement (3) mehrere Anschlussflächen (3.3) auf, um mehrere hohlprofilartige Elemente (2) zumindest an einem ihrer offenen Seiten anbinden zu können, wobei die Anschlussflächen (3.3) gegenüber und nebeneinander angeordnet sind. Die gegenüberliegenden offenen Seiten der hohlprofilartigen Elemente (2) sind durch die Abschlusselemente (4), welche als Gleichteile ausgeführt sind und ebenfalls mehrere nebeneinander angeordnete Anschlussflächen (4.3) aufweisen, geschlossen. Die eingezeichneten Pfeile soll die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Einsatz des Wärmeübertragungselements (1) symbolisieren. Wie durch die Pfeile innerhalb der Abschlusselemente (3, 4) angedeutet, sind nur bereichsweise Kanäle zum fluidtechnischen Verbinden der einzelnen hohlprofilartigen Elemente (2) in den Abschlusselementen (3, 4), insbesondere in den Abschlusselementen (4) zwischen I und II, zwischen III und IV, zwischen V und VI und zwischen VII und VIII integriert. Im Abschlusselement (3) hingegen sind Kanäle zwischen der Öffnung (3.1) des Zulaufs und I, zwischen II und III, zwischen IV und V, zwischen VI und VII und zwischen VIII und der Öffnung (3.1) des Ablaufs integriert sein. Fig. 6) zeigt in einer perspektivischen Teilansicht ein Batteriegehäuse (30) zur Aufnahme einer z. B. aus mehreren Batteriemodulen (31) zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug, umfassend einen Kasten (32), welcher aus einem Rahmen (33) und einem Boden (34) gebildet ist, welcher einen Innenbereich (35) für die Fahrzeugbatterie bereitstellt, einen Deckel, hier nicht dargestellt, zum Abdecken des Kastens (32) und mindestens ein Wärmeübertragungselement (1). Das oder die Wärmeübertragungselemente (1) sind in diesem Beispiel zwischen dem oder den Batteriemodulen (31) und Deckel angeordnet. Alternativ oder zusätzlich und hier nicht dargestellt, können Wärmübertragungselemente auch unter dem Boden des Batteriegehäuses, zwischen dem Boden des Batteriegehäuses und den Batteriemodulen und/oder über dem Deckel angeordnet werden.
Fig. 7) zeigt in einer schematischen Darstellung eine Temperiervorrichtung (20) für eine z. B. aus mehreren Batteriemodulen (1) zusammengesetzte Fahrzeugbatterie, hier nicht dargestellt, welche in einem Batteriegehäuse, hier nicht dargestellt, anordenbar ist, durch die Temperiervorrichtung (20) eine Flüssigkeit durchleitbar ist, symbolisiert durch den Pfeil, umfassend mehrere Wärmeübertragungselemente (1), durch welche die Flüssigkeit zur Aufnahme und Abfuhr der durch die Batteriemodule erzeugte Wärme durchleitbar ist, einer Pumpe (21) zur Umwälzung der Flüssigkeit, einen Kühler (22) zur Temperierung der mit Wärme beaufschlagten Flüssigkeit, einem Leitungssystem (23) zur Zirkulation der Flüssigkeit, welches die Pumpe, den Kühler und das oder die Wärmeübertragungselemente fluidtechnisch miteinander verbindet und insbesondere ein geschlossenes System (24) bildet. Die Zu- und Ablaufleitungen zum Anschließen an die Wärmeübertragungselemente (1) sind Bestandteil des Leitungssystems (23). In Fig. 7a) sind die Wärmeübertragungselemente in Reihe geschaltet, in Fig. 7b) sind sie parallel geschaltet.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern es können auch Wärmeübertragungselement in unterschiedlicher Abmessung Die vorgenannten Merkmale sind alle miteinander kombinierbar. Die Wärmeübertragungselemente können neben dem Kühlen auch zum Beheizen der Batteriemodule genutzt werden, um die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie zu gewährleisten. Der Einsatz des Batteriegehäuses ist besonders bevorzugt in Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, ob mit Hybrid- oder reinem elektrischen Antrieb. Bezugszeichenliste
1 Wärmeübertragungselement
2 hohlprofilartiges Element
2.1 Innenraum
2.2 Innenwandung
2.3 Außenabmessung
3 Abschlusselement
3.1 Öffnung/Loch
3.2 angrenzender Bereich
3.3 Anschlussfläche
3.4 Absatz
3.5 Kanal
3.6 Langloch
3.7 Durchgangsöffnung
4 Abschlusselement
4.1 Öffnung/Loch
4.2 Durchgangsöffnung
4.3 Anschlussfläche
5 Steg
20 Temperiervorrichtung
21 Pumpe
22 Kühler
23 Leitungssystem
24 geschlossenes System
30 Batteriegehäuse
31 Batteriemodul
32 Kasten
33 Rahmen
34 Boden
35 Innenraum
d Wandstärke
S Schweißnaht

Claims

Ansprüche
1. Wärmeübertragungselement (1) für eine Temperiervorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eines E-Fahrzeugs, umfassend
- mindestens ein hohlprofilartiges Element (2) insbesondere aus Metall mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, welches einen von einer Flüssigkeit durchleitbaren Innenraum (2.1) definiert,
- mindestens ein an einem offenen Ende des hohlprofilartigen Elements (2) zum Schließen des hohlprofilartigen Elements (2) angeordnetes Abschlusselement (3) insbesondere aus einem Kunststoff, wobei in dem mindestens einen Abschlusselement (3) mindestens ein Anschluss (3.1) zum Anschließen einer Zu- und/oder Ablaufleitung vorgesehen ist.
2. Wärmeübertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Abschlusselements (3) ein Kanal (3.5) ausgebildet ist, welcher den Anschluss (3.1) mit dem Innenraum (2.1) des hohlprofilartigen Elements (2) fluidtechnisch verbindet.
3. Wärmeübertragungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (3.1) in Form einer Öffnung oder eines Lochs oder in Form einer Tülle ausgebildet ist.
4. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (3) aus einem Kunststoff-Spritzgussteil oder Spritzgussteil aus faserverstärkten Kunststoff besteht.
5. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlprofilartige Element (2) aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium, insbesondere mit einer Wanddicke (d) zwischen 0, 1 und 0,4 mm besteht.
6. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (3) mindestens einen rechtwinklig vom Abschlusselement abstehenden Steg (5) aufweist, welcher insbesondere einstückig mit dem Abschlusselement (3) ausgebildet oder als gesondertes Bauteil (5) insbesondere mit dem Abschlusselement (3) verbunden ist und in das hohlprofilartige Element (2) zur Umlenkung der Flüssigkeit innerhalb des hohlprofilartigen Elements (2) hineinragt.
7. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Abschlusselement (3) eine Anschlussfläche (3.3) aufweist, welche in das offene Ende des hohlprofilartigen Elements (2) einschiebbar und dazu eingerichtet ist, mit dem hohlprofilartigen Element (2) Stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden zu werden, wobei die Anschlussfläche (3.3) optional zumindest teilweise konisch ausgeführt sein kann.
8. Wärmeübertragungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Abschlusselement (3) einen an die Anschlussfläche (3.3) angrenzenden Bereich (3.2) aufweist, welcher an die Außenabmessung des hohlprofilartigen Elements (2) ange- passt ist, wobei die Anschlussfläche (3.3) und der angrenzende Bereich (3.2) durch einen Absatz (3.4) getrennt sind, der eine Höhe aufweist, die im Wesentlichen der Wanddicke (d) des hohlprofilartigen Elements (2) entspricht.
9. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden offenen Enden des hohlprofilartigen Elements (2) jeweils ein Abschlusselement (3, 4) zum Schließen des hohlprofilartigen Elements (2) angeordnet ist.
10. Wärmeübertragungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschlusselement (3) einen Anschluss (3.1) zum Anschließen einer Zulaufleitung und das zweite Abschlusselement (4) einen Anschluss (4.1) zum Anschließen einer Ablaufleitung aufweisen.
11. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abschlusselement (3, 4) Mittel zum Befestigen bereitstellt.
12. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlprofilartige Element (2) in Längsausrichtung an seinen Enden, insbesondere im Bereich der Verbindung mit den Abschlusselementen (3, 4) eine lichte Höhe aufweist, die größer ist als die in seinem Mittelabschnitt.
13. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3.5) durch das Abschlusselement (3) durchgeführt ist und der Zulauf und/oder der Ablauf beidseitig zugänglich ist.
14. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlusselement (3) mehrere Anschlussflächen (3.3) aufweist, um mehrere hohlprofilartige Elemente (2) anzubinden, wobei die Anschlussflächen (3.3) gegenüber und/oder nebeneinander angeordnet sind.
15. Wärmeübertragungselement nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlprofilartige Element (2) oder mindestens eines der hohl- profilartigen Elemente (2) des Wärmeübertragungselements (1) ein oder mehrere Batteriemodule überdecken kann.
16. Temperiervorrichtung (20) für eine aus einem oder mehreren Batteriemodulen (1) zusammengesetzte Fahrzeugbatterie, welche in einem Batteriegehäuse anordenbar ist, durch die Temperiervorrichtung (20) eine Flüssigkeit durchleitbar ist, umfassend
- ein oder mehrere nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildete Wärmeübertragungselemente (1), durch welche die Flüssigkeit zur Aufnahme und Abfuhr der durch das oder die Batteriemodule erzeugte Wärme durchleitbar ist,
- einer Pumpe (21) zur Umwälzung der Flüssigkeit,
- einem Kühler (22) zur Kühlung der mit Wärme beaufschlagten Flüssigkeit,
- einem Leitungssystem (23) zur Zirkulation der Flüssigkeit, welches die Pumpe, den Wärmetauscher und das oder die Wärmeübertragungselemente fluidtechnisch miteinander verbindet und insbesondere ein geschlossenes System (24) bildet.
17. Batteriegehäuse (30) zur Aufnahme einer aus einem oder mehreren Batteriemodulen (31) zusammengesetzten Fahrzeugbatterie für ein Fahrzeug, umfassend
- einen Kasten (32), welcher aus einem Rahmen (33) und einem Boden (34) gebildet ist, welcher einen Innenbereich (35) für die Fahrzeugbatterie bereitstellt, - einen Deckel zum Abdecken des Kastens (32) und
- mindestens ein Wärmeübertragungselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Batteriegehäuse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Wärmeübertragungselemente (1) unter dem Boden (34) des Batteriegehäuses (30), zwischen dem Boden (34) des Batteriegehäuses (30) und dem oder den Batteriemodulen (31), zwischen dem oder den Batteriemodulen (31) und Deckel und/oder über dem Deckel angeordnet sind.
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